Ticaret Bakanlığı Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve Colorado Boulder Üniversitesi (CU-Boulder) ortak bir laboratuarı olan JILA'daki bilim adamları uzun süredir aranan, bir çift atomdan oluşan maddenin bir hali olan 'fermiyonik kondensat' ı ilk kez gözlemledi. (29 Ocak 2004)

     Fizikçiler, bu tür kondensatlarla yapılan araştırmaların sonunda, geniş bir uygulama yelpazesinde çarpıcı bir şekilde enerji verimliliğini artırma potansiyeli olan bir fenomen olan yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik gizemlerinin ortaya çıkmasına yardımcı olacağını umuyor.

     Kütle ve yoğunluk açısından düzeltilmiş fermiyonik kondensatımızda eşleştirmenin gücü', oda sıcaklığındaki bir süper iletkene karşılık geleceğini açıklıyor. Bu, fermiyonik kondensatlarla öğrendiğimiz temel fizikte sonunda başkalarının daha pratik süper iletken malzemeler tasarlamasına yardımcı olacağı konusunda iyimser davranıyor.

     Yeni eser önceki büyük başarıyı, JILA bilim adamları Eric Cornell'i ve 2001 yılında Fizikte Nobel Fizik Ödülünü kazanan bir 'Bose-Einstein' kondensatı yaratmayı tamamlıyor. Bose-Einstein yoğunlaştırıcılar, binlerce ultra soğuk parçacıklarının Tek kuantum hali, yani tüm atomlar aynı şekilde tek bir süper atom gibi davranıyorlar. Bose-Einstein yoğuşmaları, doğal olarak toplu olan parçacık sınıfı olan bosonlarla yapılır; Komşusunun hareketini yalnız başına kabul ettirmek yerine daha çok benimsediler.

     Bonsonların aksine, fermiyonlar doğal olarak yalnız kalırlar. Tanımı gereği, hiçbir fermiyon başka bir fermiyonla tam olarak aynı durumda olamaz. Sonuç olarak, bir fizikçiye “ fermiyonik kondensat” terimi bile neredeyse bir zıtlıktır.

     Onlarca yıldır, fizikçiler süper iletkenliğin (fermiyonları içeriyor) ve Bose-Einstein yoğunlaşmasının (BEC) yakından ilişkili olduğunu ileri sürdüler. Teorisyenler, süper iletkenliğin ve BEC'nin, süper akışkan davranışın iki aşırı olduğu hipotezinde, maddenin akışa karşı direnç göstermediği alışılmadık bir durumdur. Örneğin, yüksek akışkan sıvı helyum, açık bir kapın ortasına döküldüğünde, kendiliğinden kapanın kenarlarına kadar yukarı akacaktır.

     Mevcut deneyde, 500.000 potasyum atomu içeren bir gaz, -255 0C sıcaklıklara soğutuldu ve daha sonra özel bir 'rezonans' kuvveti yakınında bir manyetik alan uygulandı. Bu manyetik alan, fermiyon atomlarını elektronların dirençsiz olarak aktığı fenomen olan süper iletkenlik üreten elektron çiftlerine benzer şekilde çiftler halinde uyuşması için eş zamanlı olarak ayarladı. Jin grubu, bu eşleştirmeyi ve fermiyonik kondensatın oluşumunu 16 Aralık 2003 tarihinde ilk kez tespit etti.

     Metallerin veya alaşımların süper iletken haline geldiği sıcaklık, elektronları arasındaki 'eşleştirme' etkileşiminin kuvvetine bağlıdır. Herhangi bir malzemede süper iletkenliğin meydana geldiği bilinen en yüksek sıcaklık yaklaşık eksi 135 ° C (eksi 216 Fahrenheit) 'dir.

     2001'de JILA araştırmacısı Murray Holland ve arkadaşları, fermiyonik atom yoğunlaşmasının, süperiletkenlik ve BES'ler arasındaki bağlantı olacağını öngörüyorlardı. Holland grubu, manyetik alanların, bir süperiletkenlik ve BEC davranışları arasında bir 'rezonans yoğunlaşması' yaratmak için atomların gazını 'ayarlamak' için kullanılabileceğini önermişti.

     Jin'in ekibi tarafından yapılan deneyler bu tahminleri doğrulamaktadır. “Gözlemlediğimiz fermiyonik kondensatların, Jin'in,” süper akışkan davranış sergileyeceğini belirtiyor. Bunlar süper iletkenler ve BEC arasındaki geçişte yatan yeni bir safhayı temsil ediyorlar.

     Jin'in ekibi (ve ayrıca Innsbruck, Avusturya'daki ayrı bir araştırma grubu), Kasım 2003'te moleküllerin Bose-Einstein kondenseri ürettiğini bildirdi. Bu deneylerde, zamanla değişen bir manyetik alan fermiyonik atomlara uygulandı ve onları bosonik moleküller haline getirmeye zorladılar. Fermiyonların yarı tamsayı "spin" (1/2, 3/2, 5/2, vb.) Bununla birlikte, iki fermiyon bir moleküle bağlanmasa bile, sadece birbiriyle ilişkili bir biçimde hareket ederlerse de, bir çift olarak bir boson gibi davranabilir ve yoğuşmaya girerler.

     Mevcut çalışma, bireysel fermiyonik atomların bosonic molekülleri oluşturmak için birbirine bağlanamayacakları değerlerde belirli bir manyetik alan uygulayarak gerçekleştirildi. Bunun yerine, fermiyonların eşleştirilmesi, bir süper iletken içinde elektronların 'Cooper çiftleri' nin oluşmasına neden olana benzer şekilde, birçok atomun ortak davranışından kaynaklanır.

     Paradoksal olarak, deneyin eşleştirilmiş fermiyonlardan (moleküller değil) bir kondens ürettiği tespit etmek için, araştırmacılar önce çiftleri moleküllere dönüştürmek zorunda kaldılar.

     Molekülleri bağlamak için doğru kuvvette bir manyetik alanı hızla fermiyonik kondense uygulandı ve aynı anda gaz tutan optik "tuzak" açıldı. Bu manyetik alan değişikliği moleküller oluşturabilir, ancak BEC oluşturmak için çok hızlıydı. Bununla birlikte, moleküllerin hareketinin bir "görüntüsü", bir yoğunlaşma bulutunun karakteristik şeklini gösterdi.

     Bu ilk gözlemde bile, fermiyonik atom kondensatlarını kimsenin tahmin ettiklerinden çok daha doğrudan bir şekilde görebildik 'diyor Jin. 'Bu, daha önce hiç var olmayan aşırı koşullar altında süper iletkenlik ve süper akışkan olguları incelemek için çok heyecan verici bir potansiyeli ortaya çıkarıyor.

Hazırlayan: Celal DEMİRTAŞ (fizik öğretmeni)